Trinamic技术在太空增材制造法中的应用

当今，全部航天器都是在地球上研发、测试和装配，随后由火箭运至各自的执行任务的地点。每一个部件都必须经受火箭发射的高负荷，而实际上工作的负荷一般相对较低。这些超大型部件的重量、体积和火箭飞行所需的繁杂测试流程，使其在太空的运输成本很高。为减少这些费用，可选用生产制造方法，将航天器部件制造成可以直接用于轨道。

带着这个想法，由8名来自慕尼黑应用科学大学的学生组合而成的一个团队决定研发一个3D打印技术的原型，通过这个技术，太阳能电池板、天线或其他任何设备都可以直接进入太空。AIMIS-FYT—AIMIS用于太空增材制造—他们决定选用一种印刷方法，通过UV把光敏树脂挤出来固化，Trinamic在其中扮演着重要角色。

一．应用程序

这种装置基本上是由一个内置了笛卡儿3D打印运动学的基本结构所组合而成。该打印机有两个平移和一个旋转轴。这样打印机就可以在固定平面上移动和旋转。这样系统就可以创建自由格式的结构。打印头是该组实验的主要力量，由步进电机驱动挤出机组合而成，在无重力条件下进行树脂粘度分布。挤压出流程中，树脂经喷嘴后紫外线同时固化。

AIMIS-FYT诠释了它的工作原理：“在我们的生产过程中，我们可以直接用机器人挤压出所谓的“光敏聚合物”。其主要由挤出机组合而成，可将粘性光敏聚合物分布于机器内。这样，树脂就可以通过喷嘴喷出，随后固化。喷嘴向外运动就能产生三维结构。这不像传统的3D打印机那样，是一层一层地做，而是可以直接挤出三维移动结合树脂的体积。

二.迎接挑战

AIMIS-FYT选用的打印工艺不同于传统的FDM打印机，它使用UV固化树脂。要想产生3D结构，这种树脂需要以一种可控的和十分精确的方式分配。挤出机选用精密步进电机，以满足这些需求。此外，整个设备需要安装在一个小隔间里，并且能够和团队的软件一同使用。该团队决定使用TMCM-1070模块，以充分利用步进电机的优势。通过简单的研究，我们了解了TMCM-1070的Trinamic驱动模块。驱动模块简单易用，可通过步进、方向盘等接口控制，占用空间小，是一种可靠的解决方案。另外，这个模组位于一个盒子里，很容易满足我们在Zero-G型飞机上进行实验的需要，”来自慕尼黑的研究团队说。

三.零重力测试

AIMIS-FYT团队于2019年11月被选入FlyYourThesis2020！欧洲航天局(ESA)的一个项目允许大学生在几个抛物线飞行中在微重力条件下进行科学和技术实验。到2020年11月，整个法国波尔多飞行流程中，来自慕尼黑的团队总共有90条抛物线来测试他们的技术。每一次抛物流程中，它们都会随打印机一同在失重状态下漂浮20秒左右。一共有90条抛物线将在3次飞行中完成，这样我们就能完成总共90次试验。试验分为以上四种基本操作，在每一种基本功能下，测试不同的参数来识别它们对印刷工艺的影响。所以我们有各种各样的传感器，比如热成像传感器，气压传感器，温度传感器等等。目的是打印90个不同尺寸和形状的棒子，随后详细分析它们。试验结果将用于印刷工艺的进一步优化，并证明我们的增材制造方法能够在微重力下工作。未来，这项技术将会得到进一步的改进，甚至能够在太空中进行试验。